晓红
|
开关电源的一个常见问题是“不稳定”的开关波形。有时,波形抖动很明显,可以听到从磁性元件发出噪声。如果问题与印刷电路板( PCB )布局有关,则很难确定原因。 EMC 也是很注重( PCB )布局,这就是为什么在开关电源设计的早期正确布局 PCB 至关重要的原因。其重要性不可夸大。 良好的布局设计可优化电源效率,减轻热应力,最重要的是,可将噪声以及走线与组件之间的相互作用降至最低。 开始进行 PCB 布局之前,一个好的做法是突出显示高电流走线的原理图走线,平芯微产品 Datasheet 的典型应用电路中,特别 用了显著标示提供给客户参考: 黑色粗线 。 |
晓红
|
开关电源的一个常见问题是“不稳定”的开关波形。有时,波形抖动很明显,可以听到从磁性元件发出噪声。如果问题与印刷电路板( PCB )布局有关,则很难确定原因。 EMC 也是很注重( PCB )布局,这就是为什么在开关电源设计的早期正确布局 PCB 至关重要的原因。其重要性不可夸大。 良好的布局设计可优化电源效率,减轻热应力,最重要的是,可将噪声以及走线与组件之间的相互作用降至最低。 开始进行 PCB 布局之前,一个好的做法是突出显示高电流走线的原理图走线,平芯微产品 Datasheet 的典型应用电路中,特别 用了显著标示提供给客户参考: 黑色粗线 。 开关电源电路可以分为功率级电路和小信号控制电路。功率级电路包括传导大电流的组件。通常,应首先放置这些组件 (PW2902 芯片 ,Q1 , D1 , R7A,R7B , L1 , CIN 和 COUT) 。随后将小信号控制电路放置在布局中的特定位置。电感大电流走线应短而宽,以最小化 PCB 电感,电阻和电压降。 建议在 CIN 并联加一个 0.1uF-1uF 的高频去耦电容器,采用 X5R 或 X7R 介电陶瓷电容器,其 ESL 和 ESR 非常低。同时放置于 VIN 引脚 1 旁。后面内容会特意讲下为何并联这样一个电容器。 CIN 和旁路电容 0.1uF 要 靠近 VIN 引脚 1 VOUT 建议也加一个 0.1uF 电容。 COUT 并联放置 0.1uF ,和 R8 电阻 PIN 脚 2 , R5 采用 1206 封装, C1 可采用 0805 封装, D2 可采用 SS110 , SMA 封装等, D3 是一个 12V 的稳压管,如 BZT52C12 等。 PIN 脚 5 , C2 可采用 0805 封装。 R1,R2,R3,R4 的放置于远离 D1 和电感器富含噪声干扰源。同时放置于 PW2902 芯片的 FB1,FB2 引脚旁,尽量避免背面过孔放置,同时 R2 电阻, R2 与输出正极的走线,要从输出电容 COUT 单点走线到 R2. FB 采样的精确度和抗干扰效果更好,不能从开关元件电感器单点接 R2 。 输出电压计算公式: Vout =0.397 *(R2/R1+1) 。 R3,R4 电阻选择: R1=R3 , R2=R4 当距离电感器近时,需要留有空间,后续铺地,包裹电感器电路或者 R1,R2,R3,R4 电阻,来隔开吸收干扰。 输入布线的路径要先经过 CIN 再布线到 PW2902 的 VIN 引脚 2 和底部焊盘 电感到 VOUT 的路径,要先经过 COUT 为最佳,输出纹波更佳。 容易影响输出的布线,如图,电容 COUT 的地回路 ,只经过电感器的底部,这样的布线设计,会造成纹波异常,输出负载电流减小等。请注意此 PCB 布局,不能这样布局放置 COUT 回路。 初接触电源设计工程师,在设计时往往忽略了功率地的回路和布线,如下图箭头处, VIN 的 VIN- , CIN 的 GND 端, COUT 的 GND 端和 VOUT 的 VOUT- 端, D1 的 GND 端,这 5 点,布线要宽的同时,回路连接不宜七绕八绕,要宽和直接。 CIN,COUT 和 D1 的 GND 端过孔时,也需要多打孔,布线宽。 注意散热焊盘不推荐用于功率组件回路,推荐如图。 PW2902 是非同步应用,需要在外部接上续流二极管,二极管的参数选择恰当,对电源的效率,以及电源可靠性都有影响。故续流二极管 D1 的推荐选择肖特基二极管,使用快管效率会损伤,普通整流二极管无法正常使用 . 肖特基二极管的耐压和电流是电路工作电压和电流的 130% 以上,一般是留余量 30% 左右或更多能提高效率,减少温度。 肖特基二极管 D1 和 PW2902 芯片和电感器 L1 ,在电路工作中是主要热源,特别是肖特基如果功率大时,可在肖特基两端的电路铺铜打孔,帮助散热。 芯片底部焊盘的打孔注意孔不宜大,造成漏锡等。同时, PCB 布局后, GND 要多打孔。 电感器建议用 47UH ,如果测试时,没有 47UH 电感,可用 33uH-100uH 之间,大的电感值可获得小的纹波电流有助于提高效率。 另一方面需注意电感的 ESR , ESR 过大会降低效率。。个人一般推荐用环形电感,成本,散热更有优势,贴片电感采用一体成型屏蔽电感等。 电感器作为电路的传导大电流器件。一般情况下建议采用实际最大通过电感器电流的值,加上一倍来选择电感器的饱和电流 Isat 。饱和电流 Isat 是越大越好,再通过电感器厂家资料标示的不同尺寸大小的电感器上的饱和电流 Isat 来选择即可。 DC-DC 电路中电感器的饱和电流 Isat 如果小于实际电感工作电流,一般会造成电路有干扰不稳定,效率低,电感量下降,产生噪声,电压电流不稳等。 为了强调 VIN 端加去耦电容器的重要性。举例下图波形,开关节点 SW1 以及输出电感器电流 ILF1 波形在空载时稳定。但是,如果负载电流增加到一定电流时,则 SW1 节点波形开始缺少周期。随着更高的负载电流,问题变得更加严重。在输入 VIN 侧添加一个 0.1uF-1uF 高频陶瓷电容器可以解决该问题。它分离并最小化每个通道的热循环区域。即使最大化负载电流,开关波形也是稳定的。 |